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摘要：本文主要对建设海绵城市新思维下大孔隙透水沥青路面的空隙特性进行研究。城市道路是构建海绵城市的重要载体，通过建造透水路面有效的收集利用天然降水，具有很好的环保效益与经济效益。指出开孔空隙与渗流速度的关系，并对不同渗流速度、不同堵塞粒径下的渗流性进行分析，为保证透水路面渗透性提出合理意见。
关键词：海绵城市；透水路面；空隙特性；渗透性
城市道路是集水、行水的重要通道，传统思维讲究将降水快速收集并排出道路系统以外，使得城市硬质路面比例大，遇大雨城市防洪压力巨大，水力水文特征明显改变往往旱涝急转。而在海绵城市思维下，我们可以在市区修建透水路面，将降水实时收集起来而不是急于排到江河中，再将收集的降水供应到各个城市海绵体中供以后的循环利用。
1透水路面孔隙特性.
1.1透水路面的孔隙分类
研究表明，沥青路面的透水性与其连通孔隙的多少密切相关，混合料的孔隙依是否与外界连通可分为连通孔隙、半连通孔隙与闭孔孔隙。其孔隙结构示意图及行水路径见图1所示。由图可知，连通孔隙是水透过沥青混合料表面层的主要途径，透水性能的好坏主要受连通孔隙率影响。
图1孔隙结构及行水路径图
1.2孔隙率与渗透性的关系
研究表明，渗透系数与连通空隙率存在正比关系，连通空隙率越大，单位时间内渗透通过混合料的水量也就越大，渗透系数ｋ与连通空隙率ＶＶ连通存在如下关系：
式中：Ｖ为试件体积，cm3；w1为试件饱水浸泡（48h）后水中称量的质量，g；w2为试件在室温条件下称量的质量，g。
因此，可以通过测量沥青混合料试件的渗透系数来直观反映路面的开孔空隙率并以此来衡量道路的透水性能。而空隙率大的试件理论上开孔孔隙应该也是多的。所以在实验设计上我们将通过确定空隙率试件的横纵向渗流速度来确定透水路面的渗透性。
1.3不同渗流量下的渗流速度分析
通过变换沥青粘度、成型温度等试验条件，成型不同实验条件下的马歇尔试件并测量其空隙率。选取具有空隙率梯度的试件，测量其不同流量供给下的横纵向渗流速度。其渗流测定装置示意图如图2所示。
图2渗流装置示意图
按图示组装好实验仪器尽心渗流实验，为防止水从试件侧面流过而影响真实数据，实验前应在试件上下底面的边沿涂一层黄油，为了真实模拟横坡对路面渗流的影响，考虑到马歇尔试件的直径为100mm，故在试件的一侧要垫高2mm。控制调整控流阀的流速分别为50ml／min、100mm／min、200mm／min。待水流稳定后分别记录60ｓ两量筒内的水增量，多次试验取平均值记录实验结果如表1所示。
表1渗流性实验结果统计表
图3不同空隙率下纵向渗流速度表
由图表可知，当渗流速度为50mm／min时，纵向渗流量随空隙率的增大而明显减小，横向渗流量随空隙率的增大而明显增加；当渗流速度达到100mm／min和200mm／min时，横纵向渗流量随空隙率的增大改变不明显，基本上保持恒定。随渗流量的增大，横纵向在单位时间内的渗流值是呈增大的趋势。分析其原因可归
图4不同空隙率下横向渗流速度图
纳为：当渗流量较小时，受到混合料矿料颗粒的阻力影响，且横向流动距离比较近，水明显的流向阻力偏小的方向，孔隙率越大这种现象就越明显。而当渗流量明显增大后，在水的纵向压力及自重作用下，水流表现为更容易向纵向流动，渗流作用受空隙率的影响逐渐降低。
试件的渗流纵横向比在渗流量较小时，随空隙率的增大而呈明显减小，而随着渗流量的逐渐增大，纵横向比逐渐趋于稳定，数值大概在1.5左右。分析原因可归纳为：当流速较小时，试件中水流为紊流状态，纵横向渗流量随空隙率的影响较大；而当流速逐渐增大后，试件中的水流逐渐趋于平稳，纵横向渗流量随空隙率的影响变小且比值趋于1.5左右。
1.4塞堵物对渗流的影响
透水路面修建完成后随着服役使用，自然环境中的各种颗粒必然会随着流水对对路面起到塞堵作用，起到塞堵作用的颗粒很多包括各种粉尘黏土、车轮磨损橡胶颗粒及路表压碎集料等。塞堵颗粒的粒径将对渗流效果产生不同的影响，为了探究这种影响，本文用不同颗粒粒径的塞堵物对塞堵前后的PAC渗流效果进行车辙板的渗水性测定实验。塞堵物的粒径分别取1.18～2.36mm、0.6～1.18mm、0.3～0.6mm、0.15～0.6mm，塞堵物质量取12g，对塞堵前后的渗流量进行统计见表2所示。
由图表可知，试件在被不同粒径塞堵后，其渗流量均有不同程度的折减，但折减程度略有不同，1.18～2.36mm及0.3～0.6mm粒径在塞堵前后的渗流量相差较大，而0.6～1.18mm及0.15～0.3mm粒径在塞堵前后的渗流量相差略小。分析原因可归纳为（1）1.18～2.36mm粒径的塞堵物因粒径较大，较难随水流进入连通孔隙内部，都塞堵在试件的表面且嵌挤情况良好，阻碍了水往内部孔隙的渗流，造成了混合料的表层堵塞；（2）0.3～0.6mm粒径的塞堵物较易进入连通孔隙内，但在移动过程中受连通孔隙内径的变化，在内径较小的地方容易塞堵留滞，较难从连通孔隙内流出，逐渐累积易于造成内部孔隙的堵塞；（3）0.6～1.18mm粒径的塞堵物介于外部堵塞与内部堵塞孔隙粒径之间，使得既有一部分颗粒进入孔隙内部，又有一部分颗粒停留在表面，但对孔隙都难以做到完全堵塞，水流仍可从内部孔隙通过；（4）0.15～0.3mm粒径的塞堵物因粒径较小，在水流作用下很容易通过连通孔隙自由流出，不会造成连通孔隙的堵塞。
2结论.
通过研究可知，透水路面的渗透性与孔隙特性及路面塞堵物密切相关，因此，为保证透水路面渗透性的持续，为建设海绵城市提供充裕的水资源对透水路面提出以下意见和建议：路面的透水性与沥青混合料路面的空隙率密切相关，为保证路面的透水性良好，可适当提高路面的空隙率从而有效改善路面的透水性能及防堵塞性能；在级配设计中，使用粗级配也能有效的提高混合料的透水性能。透水路面修建通车后，应用道路清扫车及洒水车等定期进行路面的清理工作，有效减轻塞堵物对路面开孔空隙的塞堵，保证路面的渗水能力。
参考文献：
［1］仇保兴.海绵城市的内涵、途径与展望.建设科技，2015（1）.
［2］俞孔坚等.“海绵城市”理论与实践.城市规划，2015（6）.
论文作者:杨婷
论文发表刊物:《江苏科技报》2016年12期
论文发表时间:2017/4/6
标签：孔隙论文; 空隙论文; 透水论文; 路面论文; 粒径论文; 纵向论文; 渗透性论文; 《江苏科技报》2016年12期论文;